CN118082602A - 用于汽车充电桩的光储充一体机以及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于汽车充电桩的光储充一体机以及其工作方法，设备包括光伏电池组件、储能单元、并网逆变单元以及汽车充电桩，通过在各个汽车充电桩中单独设置计费单元，计费单元根据电池管理模块反馈的储能单元的数据进行计费单价的控制，具体是所述计费单元根据所述储能单元的荷电状态进行阶梯式计费控制，而并网逆变单元根据电池管理模块反馈的储能单元的数据进行并离网的控制，在汽车充电桩为电动汽车进行充电时由储能单元通过直流母线为汽车充电桩供电。本申请能够保障充电过程的稳定、高效，及时、有效地处理掉所产生的光伏电能，同时优化保障所产生的最终经济效益。

Description

用于汽车充电桩的光储充一体机以及其工作方法

技术领域

本申请涉及光伏充电控制技术领域，具体涉及一种用于汽车充电桩的光储充一体机以及其工作方法。

背景技术

现有的光储充一体机是将光伏及并离网控制模块、储能单元、充电桩三者的有机集成，是继承了光伏发电、储能电池和充电桩的微电网系统，近年来得到了快速的发展。而随着新能源汽车保有量的提升以及超级快充的普及，光储充一体机的市场空间日益广阔，但在发展过程中还是出现了一些问题。

比如说，光储充一体机的光伏发电量通常较小，尤其是利用一些小型场地所建立的光储充一体机，其所产生的电能功率不多，且发电不够稳定，在并网将其所产生的电能送给市电电网时造成谐波、三相电流不平衡等不利影响，很可能会造成电网设备过热、损坏，甚至引发安全事故，而且，很多个小型的光储充一体机的并网接入还会带来电网调度负担的加重，影响电网的正常运行。因此，倒不如将此类小型的光储充一体机所产生的电能予以及时消化，例如更多地吸引电动汽车进场进行充电，将光伏电能有效利用周转。那么，如何优化光储充一体机的结构及其工作方法，将小型光储充一体机所产生的光伏电能快速利用并且产生合理的收益，是本申请所针对解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种用于汽车充电桩的光储充一体机以及其工作方法，保障充电过程的稳定、高效，及时、有效地吸引用户使用汽车充电桩，快速处理掉所产生的光伏电能，同时优化保障所产生的最终经济效益。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种用于汽车充电桩的光储充一体机，其包括：

光伏电池组件，用于将光能转化为电能；

储能单元，与所述光伏电池组件相连；

并网逆变单元，其交流侧与市电相连，直流侧与所述储能单元相连，在并网状态下通过所述市电为所述储能单元充电；

多个汽车充电桩，各汽车充电桩通过直流母线与所述储能单元分别相连；

其中，在各个汽车充电桩中还设置有计费单元，所述储能单元中配置有电池管理模块，所述电池管理模块与所述计费单元、并网逆变单元通信连接，所述计费单元根据所述电池管理模块反馈的储能单元的数据进行计费单价的控制，所述并网逆变单元根据所述电池管理模块反馈的储能单元的数据进行并离网的控制，在汽车充电桩为电动汽车进行充电时由所述储能单元通过直流母线为所述汽车充电桩供电。

对于上述的光储充一体机，申请人具有进一步的优化措施。

作为优化，所述计费单元根据所述储能单元的荷电状态进行阶梯式计费控制。

进一步地，具体说来：

当所述储能单元的荷电状态大于百分之九十时，所述计费单价为k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之六十但不大于百分之九十时，所述计费单价为m*k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之三十但不大于百分之六十时，所述计费单价为n*k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之十但不大于百分之三十时，所述计费单价为p*k元每千瓦时；

其中，m、n、p为大于1的常数，且m<n<p。

更进一步地，0.35≤k≤0.8，m、n、p的具体参数如下：

1＜m≤1.2，1.2＜n≤1.4，1.5＜p≤1.8。

可选地，所述电池管理模块对所述储能单元所存储的电能进行控制，通过所述市电或者所述光伏电池组件为所述储能单元充电，用于将所述储能单元的荷电状态维持在10%以上。

特别地，本发明还提供了一种如上所述的光储充一体机的工作方法，其中，光储充一体机根据其历史工况推算每天的光伏有效发电的时间，将一天内光伏有效发电的时间记为有效发电时段，其余时间记为无效发电时段，其中，

在有效发电时段内，通过所述市电或者所述光伏电池组件为所述储能单元充电，用于将所述储能单元的荷电状态维持在10%以上，同时，计费单元根据储能单元处的电池管理模块反馈的储能单元的数据进行计费单价的控制；

在无效发电时段内，并网逆变单元断开市电与所述储能单元间的连接，在汽车充电消耗完储能单元所存储的电能后即停止光储充一体机的汽车充电桩的工作。

对于上述工作方法，同样也具有进一步的优化措施。

可选地，在有效发电时段内，当所述储能单元的荷电状态低于10%时暂停所述汽车充电桩的工作，所述并网逆变单元打开市电与所述储能单元间的连接，通过所述市电和所述光伏电池组件同时为所述储能单元充电直至所述储能单元的荷电状态到达30%并且通过所述并网逆变单元断开市电与所述储能单元间的连接。

可选地，所述计费单元根据所述储能单元的荷电状态进行阶梯式计费控制，并且在进行不同的计费单价时在所述汽车充电桩具有对应的灯光显示或者数字显示。

可选地，当所述储能单元的荷电状态大于百分之九十时，所述计费单价为k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之六十但不大于百分之九十时，所述计费单价为m*k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之三十但不大于百分之六十时，所述计费单价为n*k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之十但不大于百分之三十时，所述计费单价为p*k元每千瓦时；

其中，0.35≤k≤0.8，m、n、p为大于1的常数，且m<n<p。

进一步地，m、n、p的具体参数如下：

1＜m≤1.2，1.2＜n≤1.4，1.5＜p≤1.8。

与现有技术相比较，本申请的光储充一体机以及其工作方法的优点在于：

本申请通过在各个汽车充电桩中单独设置计费单元，计费单元能够结合储能单元中的荷电状态实现不同单价价位的计费，如此能够有效刺激用电市场，加快光伏发电所产生的电能消耗，快速转化为经济效益，同时，充电过程中仅通过储能单元对汽车充电桩的工作进行直流供电，内部线束结构较现有技术更简单，同时能量转化率也更高。

进一步地，通过工作条件的限制，使得储能单元的荷电状态能够维持在一定程度以上，如此能够保证汽车充电桩的慢充、快充等多种充电模式下的用电功率需求。

除此之外，本申请的光储充一体机的工作方法，对于设备的工作控制做了优化，必要时先断开汽车充电桩的工作，引入市电与光伏电池组件一起为储能单元进行充电，如此不但有效地利用光伏充电在有效发电时段内（例如光照较为充足的白天，能够有效发电）所产生的光伏电能，而且能够保证汽车充电的持续稳定进行。

附图说明

图1为本申请在一具体实施例中光储充一体机的结构示意图；

图2为本申请在一具体实施例中光储充一体机的工作方法的工作流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1：现有的光储充一体机主要由以下部分组成：

光伏电池组件，是光储充一体化系统的核心部件，通过将光能转化为电能，为整个设备提供能量来源。光伏电池组件一般由多个光伏电池组成，可以根据具体需求进行灵活配置；

储能单元，储能单元主要由电池组成，用于储存光伏发电产生的电能。常见的储能单元有锂离子电池、钠硫电池等，具有高能量密度和长寿命的特点，此外，储能单元中还包括电池管理模块等功能单元，确保电能的稳定存储和输出；

充电模块，用于将储能系统中储存的电能输出给电动汽车或其他用电设备进行充电。充电模块通常包括充电连接器、充电桩控制器和充电保护装置，确保充电过程的安全和高效。

这些部分共同协作，使得光储充一体机能够在阳光充足的环境下持续为设备充电，解决传统充电方式中依赖电网和充电插座的问题，实现能源的高效利用和存储。

如图1所示，本实施例的光储充一体机中的充电模块采用的是汽车充电桩，用于连接后为电动汽车进行充电，本实施例中包括多个汽车充电桩，各汽车充电桩通过直流母线与所述储能单元分别相连，通过直流母线直接为汽车充电桩提供直流电，能量传递路径更短，使得能量转化更为高效，且光储充一体机的输电线束结构更为简单。

本实施例的光储充一体机还包括并网逆变单元，其中，储能单元与所述光伏电池组件相连；并网逆变单元的交流侧与市电相连，直流侧与所述储能单元相连，并网逆变单元可以切换储能单元与市电间的连接关系，并且在并网状态下并网逆变单元对市电进行逆变处理，通过所述市电为所述储能单元充电；各汽车充电桩通过直流母线与所述储能单元分别相连。

在各个汽车充电桩中还设置有计费单元，所述储能单元中配置有电池管理模块，所述电池管理模块与所述计费单元、并网逆变单元通信连接，所述计费单元根据所述电池管理模块反馈的储能单元的数据进行计费单价的控制，并且，所述计费单元根据所述储能单元的荷电状态进行阶梯式计费控制，所述并网逆变单元根据所述电池管理模块反馈的储能单元的数据进行并离网的控制。

计费单元能够结合储能单元中的荷电状态实现不同单价价位的计费，如此能够有效刺激用电市场，加快光伏发电所产生的电能消耗，快速转化为经济效益。不难理解，实现阶梯式的电费计价模式，能够使得电动汽车用户能够更积极地使用光储充一体机来进行充电，满足电动汽车充电需求的同时部分让利给用户，使得用户能够更积极地使用光储充一体机来进行充电。

不难理解，以目前市场来看，以续航两百公里的电动汽车为例，其从缺电到充满通常需要30千瓦时，也就是30度电，充满一次电大约需要花费十五元上下，一度电不同地区有不同的价格，一般家用电集中在0.6元到0.8元之间，商用电集中在1.2元到2元之间，这里就以较为便宜的家用电为例，200公里的新能源汽车电池充满一次电大概需要46元到58元。光伏售电给电网的价格则在0.35元到0.55元之间，具体价格依照电力公司的电价会存在一定的浮动，另外电力公司处于电网工作安全性以及经济性的考虑，对于光伏售电还具有种种限制，比如TOU（Time-Of-Use，简称TOU，是基于光伏发电系统的时间段电价策略进行的电力管理）控制、并网售电最大功率限制等等，甚至于出现对小型光伏电站不允许接入的情况，这就会带来光伏设备的发电电能的白白损失，导致光储充一体机的经济收益受损。

本实施例以所述储能单元的荷电状态作为依据，进而进行阶梯式计费控制，具体说来：

当所述储能单元的荷电状态大于百分之九十时，所述计费单价为k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之六十但不大于百分之九十时，所述计费单价为m*k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之三十但不大于百分之六十时，所述计费单价为n*k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之十但不大于百分之三十时，所述计费单价为p*k元每千瓦时；

其中，0.35≤k≤0.8，m、n、p为大于1的常数，且m<n<p。

m、n、p的具体参数如下：1＜m≤1.2，1.2＜n≤1.4，1.5＜p≤1.8。

结合实例来进行收益性比较的话，k的最小极值可取不小于光伏并网售电的最小价，最大极值可取不大于电动汽车通过家用电进行充电的平均价格，综合下来k的取值范围为0.35≤k≤0.8。本实施例中，k设置为0.4，m取1.2，n取1.4，p取1.6。也就是说，当所述储能单元的荷电状态大于百分之九十时，所述计费单价为0.4元每千瓦时；当所述储能单元的荷电状态大于百分之六十但不大于百分之九十时，所述计费单价为0.48元每千瓦时；当所述储能单元的荷电状态大于百分之三十但不大于百分之六十时，所述计费单价为0.56元每千瓦时；当所述储能单元的荷电状态大于百分之十但不大于百分之三十时，所述计费单价为0.64元每千瓦时。如此的话，能够有效刺激用户来进行充电，消耗储能单元所存储的电能，但是经济收益要明显优于直接将光伏电能售卖给电力公司，且不用受电力公司的规章制度的影响。

在一进一步的实施方式下，所述电池管理模块对所述储能单元所存储的电能进行控制，通过所述市电或者所述光伏电池组件为所述储能单元充电，用于将所述储能单元的荷电状态维持在10%以上。维持储能单元的荷电状态在一定阈值以上，能够保证汽车充电桩的慢充、快充等多种充电模式下的用电功率需求，尤其是在白天光伏发电能够有效工作时，通过对于汽车充电桩的工作启停，结合市电的接入，光伏与市电一起能够为储能单元供电，快速地恢复储能单元所存储的电能，至于在黑夜无法光伏发电时，则可以直接停止光储充一体机的整体工作，不再通过汽车充电桩为汽车提供充电服务。

当然，必要情况下，也可以在每个汽车充电桩中设置逆变器，接入市电，在夜晚为汽车提供充电服务，这在技术上也是可以实现的，但已经完全不是本发明申请的重点了，在此不再赘述。

实施例2：本实施例描述了一种光储充一体机的工作方法，其中，光储充一体机的结构如实施例1所述。

在本实施例中，如图2所示，光储充一体机可根据其历史工况推算每天的光伏有效发电的时间，这里所称的历史工况为最近一段时间内光储充一体机的光伏发电状况，将一天内光伏有效发电的时间记为有效发电时段，其余时间记为无效发电时段。

在有效发电时段（例如白天，具有阳光，光伏电池组件能够正常发电）内，通过所述市电或者所述光伏电池组件为所述储能单元充电，用于将所述储能单元的荷电状态维持在10%以上，同时，计费单元根据储能单元处的电池管理模块反馈的储能单元的数据进行计费单价的控制；

在无效发电时段（例如黑夜，无阳光，光伏电池组件无法发电）内，并网逆变单元断开市电与所述储能单元间的连接，在汽车充电消耗完储能单元所存储的电能后即停止光储充一体机的汽车充电桩的工作。

本实施例的方法，对于设备的工作控制做了优化，必要时先断开汽车充电桩的工作，引入市电与光伏电池组件一起为储能单元进行充电，如此不但有效地利用光伏充电在有效发电时段内（例如光照较为充足的白天，能够有效发电）所产生的光伏电能，而且能够保证汽车充电的持续稳定进行。

具体说来，在有效发电时段内，当所述储能单元的荷电状态低于10%时暂停所述汽车充电桩的工作，所述并网逆变单元打开市电与所述储能单元间的连接，通过所述市电和所述光伏电池组件同时为所述储能单元充电直至所述储能单元的荷电状态到达30%，并且通过所述并网逆变单元断开市电与所述储能单元间的连接。

维持储能单元的荷电状态在10%以上，能够保证汽车充电桩的慢充、快充等多种充电模式下的用电功率需求。当掉电到10%以下后，就需要对储能电源的存储电能进行恢复，且要恢复到一定比例以上，本申请是要求回复到30%以上再重开汽车充电桩的工作。是在白天光伏发电能够有效工作时，通过对于汽车充电桩的工作启停，结合市电的接入，光伏与市电一起能够为储能单元供电，快速地恢复储能单元所存储的电能直至储能单元的荷电状态不小于30%。至于在黑夜无法光伏发电时，则可以直接停止光储充一体机的整体工作，不再通过汽车充电桩为汽车提供充电服务。

所述计费单元根据所述储能单元的荷电状态进行阶梯式计费控制，并且在进行不同的计费单价时在所述汽车充电桩具有对应的灯光显示或者数字显示。灯光显示或者数字显示能够给汽车用户以提示，能够从外围直接反映光储充一体机的荷电状态，用户能够明确计费单价。

当所述储能单元的荷电状态大于百分之九十时，所述计费单价为k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之六十但不大于百分之九十时，所述计费单价为m*k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之三十但不大于百分之六十时，所述计费单价为n*k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之十但不大于百分之三十时，所述计费单价为p*k元每千瓦时；

其中，0.35≤k≤0.8，m、n、p为大于1的常数，且m<n<p。

m、n、p的具体参数如下：1＜m≤1.2，1.2＜n≤1.4，1.5＜p≤1.8。

同样结合实例来进行收益性比较的话，k的最小极值可取不小于光伏并网售电的最小价，最大极值可取不大于电动汽车通过家用电进行充电的平均价格，综合下来k的取值范围为0.35≤k≤0.8。本实施例中，k设置为0.4，m取1.2，n取1.4，p取1.6。也就是说，当所述储能单元的荷电状态大于百分之九十时，所述计费单价为0.4元每千瓦时；当所述储能单元的荷电状态大于百分之六十但不大于百分之九十时，所述计费单价为0.48元每千瓦时；当所述储能单元的荷电状态大于百分之三十但不大于百分之六十时，所述计费单价为0.56元每千瓦时；当所述储能单元的荷电状态大于百分之十但不大于百分之三十时，所述计费单价为0.64元每千瓦时。如此的话，能够有效刺激用户来进行充电，消耗储能单元所存储的电能，但是经济收益要明显优于直接将光伏电能售卖给电力公司，且不用受电力公司的规章制度的影响。

在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如部件和/或方法的实例，以提供对本申请实施例的完全理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本申请的实施例。

还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。

另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制。此外，除非另外指明，本文所用的术语″或″一般意在表示″和/或″。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。

本申请所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本申请限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本申请的具体实施例和本申请的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本申请的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本申请所述实施例的上述描述来对本申请进行这些修改，并且这些修改将在本申请的精神和范围内。

本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本申请的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本申请实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本申请的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本申请实施例的各方面造成混淆。

因而，尽管本申请在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换亦在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本申请的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本申请的实质范围和精神。本申请并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本申请的最佳方式公开的具体实施例，但是本申请将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本申请的范围将只由所附的权利要求书进行确定。

Claims (10)

1.一种用于汽车充电桩的光储充一体机，其特征在于，包括：

光伏电池组件，用于将光能转化为电能；

储能单元，与所述光伏电池组件相连；

并网逆变单元，其交流侧与市电相连，直流侧与所述储能单元相连，在并网状态下通过所述市电为所述储能单元充电；

多个汽车充电桩，各汽车充电桩通过直流母线与所述储能单元分别相连；

其中，在各个汽车充电桩中还设置有计费单元，所述储能单元中配置有电池管理模块，所述电池管理模块与所述计费单元、并网逆变单元通信连接，所述计费单元根据所述电池管理模块反馈的储能单元的数据进行计费单价的控制，所述并网逆变单元根据所述电池管理模块反馈的储能单元的数据进行并离网的控制，在汽车充电桩为电动汽车进行充电时由所述储能单元通过直流母线为所述汽车充电桩供电。

2.根据权利要求1所述的光储充一体机，其特征在于，所述计费单元根据所述储能单元的荷电状态进行阶梯式计费控制。

3.根据权利要求2所述的光储充一体机，其特征在于，

当所述储能单元的荷电状态大于百分之九十时，所述计费单价为k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之六十但不大于百分之九十时，所述计费单价为m*k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之三十但不大于百分之六十时，所述计费单价为n*k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之十但不大于百分之三十时，所述计费单价为p*k元每千瓦时；

其中，0.35≤k≤0.8，m、n、p为大于1的常数，且m<n<p。

4.根据权利要求3所述的光储充一体机，其特征在于，m、n、p的具体参数如下：

1＜m≤1.2，1.2＜n≤1.4，1.5＜p≤1.8。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的光储充一体机，其特征在于，所述电池管理模块对所述储能单元所存储的电能进行控制，通过所述市电或者所述光伏电池组件为所述储能单元充电，用于将所述储能单元的荷电状态维持在10%以上。

6.一种如权利要求1至5中任一项所述的光储充一体机的工作方法，其特征在于，光储充一体机根据其历史工况推算每天的光伏有效发电的时间，将一天内光伏有效发电的时间记为有效发电时段，其余时间记为无效发电时段，其中，

在有效发电时段内，通过所述市电或者所述光伏电池组件为所述储能单元充电，用于将所述储能单元的荷电状态维持在10%以上，同时，计费单元根据储能单元处的电池管理模块反馈的储能单元的数据进行计费单价的控制；

在无效发电时段内，并网逆变单元断开市电与所述储能单元间的连接，在汽车充电消耗完储能单元所存储的电能后即停止光储充一体机的汽车充电桩的工作。

7.根据权利要求6所述的光储充一体机的工作方法，其特征在于，在有效发电时段内，当所述储能单元的荷电状态低于10%时暂停所述汽车充电桩的工作，所述并网逆变单元打开市电与所述储能单元间的连接，通过所述市电和所述光伏电池组件同时为所述储能单元充电直至所述储能单元的荷电状态到达30%，并且通过所述并网逆变单元断开市电与所述储能单元间的连接。

8.根据权利要求6所述的光储充一体机的工作方法，其特征在于，所述计费单元根据所述储能单元的荷电状态进行阶梯式计费控制，并且在进行不同的计费单价时在所述汽车充电桩具有对应的灯光显示或者数字显示。

9.根据权利要求8所述的光储充一体机的工作方法，其特征在于，当所述储能单元的荷电状态大于百分之九十时，所述计费单价为k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之六十但不大于百分之九十时，所述计费单价为m*k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之三十但不大于百分之六十时，所述计费单价为n*k元每千瓦时；

当所述储能单元的荷电状态大于百分之十但不大于百分之三十时，所述计费单价为p*k元每千瓦时；

其中，0.35≤k≤0.8，m、n、p为大于1的常数，且m<n<p。

10.根据权利要求9所述的光储充一体机的工作方法，其特征在于，m、n、p的具体参数如下：

1＜m≤1.2，1.2＜n≤1.4，1.5＜p≤1.8。